中文摘要

手足口病(hand,foot and mouth disease, HFMD)是由肠道病毒感染引起的急性传染性疾病,具有传染性强、传播途径多等特点,在世界范围内长期流行。近10年来,世界范围HFMD病原谱发生了较大的变化,由2012年前主要流行的肠道病毒A组71型(enterovirus A71,EV-A71)和柯萨奇病毒A组(coxsackievirus A,CV-A)16型(CV-A16)转变为其他肠道病毒,其中以CV-A6的增长趋势最为显著。由于已上市的单价EV-A71灭活疫苗无法对不同血清型的肠道病毒产生交叉保护,因此不能完全满足防控HFMD的需求,亟待研制能够同时预防多种主要流行肠道病毒感染的多价疫苗。此文就中国和世界范围HFMD的病原谱变化和疫苗研究进行综述。

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正文

手足口病 (hand,foot and mouth disease,HFMD)是由多种肠道病毒感染引发的急性传染病,多发于5岁以下儿童,我国各地发病率为37.01/10万~205.06/10万。大多数患者症状轻微,主要表现为短暂发热,伴有手、足、口腔、臀和腹股沟等部位皮肤黏膜的斑丘疹、疱疹或溃疡;少数病例因神经系统受累导致神经源性肺水肿及循环衰竭,发展至重症甚至死亡,近年报告病死率在6.45/10万~51.00/10万。自HFMD被首次报道以来,已在全球范围持续传播流行,并在北美、欧洲及亚太地区频频暴发。在我国,自1981年上海首次报道HFMD病例以来,HFDM在全国范围长期流行并多次暴发,严重影响儿童的生命健康。

HFDM的病原谱较为复杂,主要为柯萨奇病毒A组(coxsackievirus A,CV-A)2型(CV-A2),CV-A4、5、6、7、9、10、12、14、16、24,CV-B1、2、3、5,肠道病毒A组71型(enterovirus A71,EV-A71)以及埃可病毒(echovirus,E)部分血清型等。HFMD典型临床表现为发热、皮疹等,不同血清型病毒感染所致的临床表现有一定差异:EV-A71感染临床表现以持续发热(> 38 ℃)、手足口疱疹或溃疡为主,并对神经系统具有高度亲嗜型;CV-A16感染后临床症状较轻,主要表现为皮疹,神经系统受累较少;CV-A6及CV-A10患儿神经系统受累症状相对少见,临床症状以广泛、严重的皮损为主,皮疹可表现为大疱样改变,且不限于手、足、口部位,部分患儿恢复期会出现脱皮和脱甲等症状。

目前尚无针对HFMD的抗病毒药物,全球范围内仅有EV-A71单价疫苗在中国上市。EV-A71疫苗的接种虽然有效控制了EV-A71的流行和EV-A71所致重症病例数,但对其他血清型的肠道病毒不能产生有效的交叉保护,加之近10年来HFMD的病原谱发生了较大的变化,CV-A6与CV-A10逐渐替代EV-A71与CV-A16成为主要流行病原,亟待研制能够预防更多血清型肠道病毒感染的多价HFMD疫苗。本文就近10年来我国及全球HFMD病原流行趋势以及HFMD疫苗研究现状进行概述。

1

近10年我国HFMD病原流行趋势

通过对我国16个省市地区近10年HFMD流行病学数据调研发现,2008—2012年,我国大部分地区HFMD优势病原为EV-A71和CV-A16,部分地区呈现两者交替流行的趋势,即EV-A71在奇数年份流行强度增强,CV-A16在偶数年份流行强度增强。自2013年以来,全国范围内的非EV-A71非CV-A16的肠道病毒开始流行,并呈现隔年流行增强的特征(表1)。表1中各地区2017年以后的数据显示,自2016年EV-A71灭活疫苗投入市场以来,EV-A71在HFMD病例中占比降至较低水平(0.5%~9.5%);CV-A16占比在不同地区差异较大,在湖南、湖北(襄阳)、青海、四川(成都)、重庆、广西、安徽(阜阳)、江苏(苏州)、浙江(杭州)、上海等地较低(5%~24%),在北京、河南(安阳)、山西(太原)、陕西、广东(广州)、云南等地较高(29%~50%);CV-A6流行水平普遍较高,在湖北、江苏等地占比甚至达到50%以上,是该区域流行的主要优势毒株;CV-A10在大部分地区处于较低的流行水平,但在局部地区仍能造成暴发流行。

2013年以来CV-A6感染阳性率增长最为显著,其在全国多地暴发流行,并取代EV-A71和CV-A16成为优势病原。据统计,2009—2012年北京地区HFMD主要致病原为EV-A71和CV-A16,2013年开始CV-A6占比显著上升而成为主要致病原之一,在2013、2015、2017及2018年均居首位。2016—2020年上海市HFMD致病原中CV-A6占比高达47.28%,而CV-A16和EV-A71占比分别仅为19.62%和8.06%。2017—2018年浙江省杭州市1 297例非EV-A71非CV-A16的HFMD病例样本中,CV-A6占比最高(64.4%),其次为CV-A10(13.6%)和CV-A2(7.7%)。2015—2019年江西省南昌市的EV阳性病例中CV-A6的占比从27.6%逐年上升至43.6%。2016—2017年湖北省襄阳市的HFMD病例中,CV-A6占比高达59.54%,远高于EV-A71(3.03%)、CV-A16(15.31%)及CV-A10(11.56%)。2017—2020年,江苏省苏州市EV-A71构成比从36.83%降低至0.70%,而CV-A6则从26.34%升高至81.36%。自2019年安徽省阜阳市开始检测CV-A6和CV-A10起,2019—2021年CV-A6均为优势病原,占比分别为34.45%、53.78%和43.18%。

随着CV-A6流行趋势的逐年上升,CV-A6感染所致的符合《手足口病诊疗指南》(2018版)描述的重症病例数也在逐年攀升。2014—2018年云南省昆明市1 064例重症HFMD病原学检测结果显示,CV-A6占比18.33%,仅次于EV-A71(21.80%)。值得注意的是,CV-A6在2014年占比仅为5.78%,而2018年则高达46.97%,已超过EV-A71和CV-A16,成为重症HFMD的主要致病原。2017—2019年广东省CV-A6感染所致重症及死亡病例占比25.2%,仅次于EV-A71(35.5%)。

虽然CV-A10在各省市的流行强度低于CV-A6,但其在重症病例中的占比则相对较高。2015年福建省厦门市HFMD病例中CV-A10仅占6.80%,但在重症病例中占比高达38.9%,仅次于EV-A71的55.6%。广东省2018年HFMD病例中CV-A10约占11.0%,而在重症病例中占比33.3%,甚至高于EV-A71(24.2%)。另外,CV-A10也曾在局部地区造成暴发流行,仍是不可忽视的HFMD的重要病原。

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世界范围近10年HFMD病原流行趋势

近10年来全球范围HFMD病原谱变化趋势与中国地区一致,即非EV-A71非CV-A16的肠道病毒逐渐成为优势病原,其中CV-A6的流行最为普遍(表2)。有研究表明EV-A71感染人群中,HLA-A33基因的表达水平明显高于对照人群。HLA-A33基因在亚洲人中显性遗传比例(17%~35%)显著高于白种人(0%~1%),这可以解释EV-A1在亚洲国家的暴发频率远高于西方国家。

2012年以前英国HFMD主要病原体为EV-A71,并具有偶数年高发的特征;CV-A6自2012年以来流行趋势显著增强,从2007—2008年占比约1%升高至2016—2017年占比10%。2021年法国暴发HFMD疫情,截至9月底共报道3 403例病例,比2018—2019年增加47%,对其中部分临床样本的病原学检测显示49.5%为CV-A6,未检出EV-A71。CV-A6在美国流行度相对较低(5.5%),居肠道病毒第3位,前2位分别为EV-D58(55.9%)和E-30(5.8%)。

2012—2019年韩国HFMD病例样本的基因分型研究表明,EV-A71、E30、CV-B5、CV-A6和CV-A10是主要的病原,并且在不同年份呈现交替流行的趋势。2011—2019年间,日本CV-A6感染所致的HFMD病例数增长了5倍。2013—2015年印度南部班加罗尔市曾发生大规模的CV-A16流行;2022年印度18个州HFMD病例样本病原学检测显示CV-A6占比高达29%,成为仅次于CV-A16的主要HFMD病原之一。2015—2016年越南河内市CV-A6占比居EV阳性样本首位(47.1%),高于EV-A71(37.5%)。印度尼西亚、菲律宾及越南的污水水样中CV-A6 RNA检出率分别为25%、12%和40%,说明CV-A6具有较高的流行度,所有水样中均未检出CV-A10和CV-A16 RNA。2022年俄罗斯乌拉尔联邦区与西西伯利亚地区CV-A6占比最高,为40.7%,远高于CV-A16(10.5%)和EV-A71(3.8%)。2015—2021年,巴西、丹麦、越南等多国均报道了CV-A6关联的HFMD暴发。

值得注意的是,欧洲及亚洲均报道了E-30流行增强的现象。2018年1至9月丹麦、德国、荷兰等15个国家共报道E-30感染病例658例,在肠道病毒感染病例中占比高达14.5%。塞浦路斯2008—2017年流行的肠道病毒主要为E-30(26.1%)、E-6(14.2%)和CV-A6(10.9%)。

3

疫苗研究现状

HFMD疫苗是预防该疾病和减轻疾病负担的有效措施之一。尽管EV-A71单价疫苗已在我国上市,但由于其对不同血清型病毒无法产生有效交叉保护,因此多价疫苗是目前HFMD疫苗研发的总体趋势。下面分别针对灭活疫苗、减毒活疫苗、病毒样颗粒(virus-like particle,VLP)疫苗、亚单位疫苗等多种HFMD疫苗的研究现状进行概述。

3.1

灭活疫苗

HFMD灭活疫苗是利用理化方法将具有免疫原性的病原体灭活后制成的疫苗,具有安全性高、有效期长、易保存的优点,一般在初次免疫后还需加强免疫才能产生理想的免疫应答效果。2015年12月,世界首款EV-A71全病毒灭活疫苗在我国大陆获批上市,该品针对C4型EV-A71,大规模Ⅳ期临床试验显示,其对EV-A71感染的保护有效率为89.7%,不良反应发生率为4.58%。

另外,中国台湾和新加坡也分别研制了针对B4和B2型EV-A71的灭活疫苗并开展了临床试验。中国台湾EV-A71灭活疫苗的Ⅲ期临床试验结果显示,其对EV-A71相关疾病的保护有效性为96.8%,疫苗接种组不良反应发生率为56.9%,与安慰剂组持平(55.8%)。新加坡EV-A71灭活疫苗仅开展了小规模的Ⅰ期临床试验,受试者为成人,结果显示疫苗能有效诱导受试者产生针对EV-A71的免疫应答,未发生严重不良反应。该疫苗仍有待在儿童中开展更大规模的临床试验。

EV-A71灭活疫苗的成功研制为其他型肠道病毒灭活疫苗的研制提供了重要参考。研究发现灭活CV-A16可成功诱导小鼠产生中和抗体,对1日龄ICR小鼠经腹膜腔注射免疫0.5 μg灭活CV-A16疫苗(免疫2次,间隔1周),初次免疫后2周,以2.3×105 TCID50 CV-A16鼠适应株攻毒后,小鼠仅表现轻微症状且80%以上存活,接种阴性对照品的小鼠在攻毒后则均发生肢体瘫痪最终死亡,说明该疫苗可对CV-A16致死性感染产生保护效力。研究人员进一步将不同型灭活肠道病毒疫苗组合制成多价HFMD灭活疫苗(EV-A71/CV-A16、CV-A6/CV-A10、CV-A6/CV-A10/CV-A16等),免疫小鼠后均获得对各型病毒致死量攻毒的保护。CV-A6/CV-A10二价灭活疫苗免疫小鼠后中和抗体几何平均滴度可达到1 024。

3.2

减毒活疫苗

减毒活疫苗是由经减毒处理后毒力降低、且保持其免疫原性的病原体制成的疫苗。减毒活疫苗能够有效激发体液免疫和细胞免疫,并具有较长的免疫持久性,由于减毒株存在返祖的可能性,因此安全性是评价减毒活疫苗的重中之重。朱凡丽对EV-A71强毒株体外低温连续传代后获得了减毒株,对乳鼠的致病性虽明显降低,但感染恒河猴婴猴后出现手足口疱疹、肺水肿和病毒血症,仍未达到减毒活疫苗的要求。日本研究者对EV-A71原型株(BrCr-TR)进行定向基因操作获得了EV-A71减毒株(S1-3’),通过静脉注射免疫食蟹猴,虽然引起了轻度神经系统症状,但成功诱导产生了对EV-A71原型株致死量攻击的保护效力。猴免疫血清对不同基因亚型EV-A71毒株均能产生有效的中和活性。马来西亚研究者通过病毒基因组同源非编码(miRNA)插入和毒力位点多重突变分别获得了pIY miRNA和MMS 2种EV-A71减毒疫苗株,毒力显著降低。将2种减毒株分别免疫2周龄ICR小鼠(0、1周2次免疫,103 PFU/剂),初次免疫14 d后以105 CCID50/mL EV-A71小鼠适应株进行腹膜攻毒,均未发生后肢瘫痪,保护效力均达到100%。

3.3

VLP疫苗

VLP疫苗是只包含病毒衣壳颗粒而不含病毒遗传物质的基因工程疫苗,能够模拟病毒颗粒刺激机体产生免疫应答,具有良好的免疫原性;同时不会发生病毒复制,具有较高的安全性。利用昆虫细胞、毕赤酵母、汉逊酵母、酿酒酵母等多种重组表达基质获得的HFMD VLP疫苗均能诱导产生较高的中和抗体应答。用毕赤酵母表达基质的EV-A71 VLP疫苗免疫BALB/c小鼠(0、3周2次免疫,5 μg/剂),第2次免疫14 d后检测免疫血清中和抗体效价达到1 337.0,显著高于EV-A71灭活疫苗对照(322.1)。母传抗体保护试验及主动免疫保护试验均显示该疫苗能对小鼠产生100%保护效力。

在各型肠道病毒单价VLP疫苗基础上,研究者进一步研制出多价肠道病毒VLP疫苗,可同时诱导产生针对各抗原组分的中和抗体。EV-A71/CV-A16二价VLP疫苗免疫7周龄ICR小鼠(0、2周2次免疫,2种抗原组分各1 μg/剂),初次免疫4周后采血,免疫血清对不同EV-A71毒株(BrCr、G082、FY09-1、FY09-2、SZ98、MAV-N)的中和抗体效价为1 024~8 192,与EV-A71单价VLP疫苗中和抗体水平一致;该二价疫苗的免疫血清对CV-A16毒株G08/SZ05中和抗体效价为1 024/4 096,与CV-A16单价VLP疫苗的中和抗体效价(512/8 192)较为接近。EV-A71/CV-A16/CV-A6/CV-A10四价VLP疫苗免疫6~8周龄BALB/c小鼠(0、3周2次免疫,4种抗原组分各1 μg/剂),初次免疫5周后血清对4种肠道病毒的中和抗体效价分别为256~2 048、4 096~8 192、512和64~256,对应的4种单价VLP疫苗中和抗体效价分别为512~4 096、8 192、512和64~256 。由此可见,多价疫苗中各组分诱导的中和效价与对应单价疫苗水平相当,说明不同抗原组分并未产生免疫干扰。

反向遗传学和基因工程技术的发展使研究者可通过对天然抗原的修饰和改造获得具备不同抗原特性的VLP疫苗。SP70是EV-A71关键的中和表位,其序列在EV-A中较为保守,用CV-A16 SP70模体序列替换EV-A71 SP70序列得到嵌合VLP(ChiEV-A71),免疫小鼠后可同时激发EV-A71和CV-A16特异性免疫应答。另外,将HIV-1 gag结构蛋白C端融合EV-A71 VP1序列,在昆虫细胞中重组表达后可形成展示EV-A71抗原的gag VLP,能够诱导小鼠产生特异的体液和细胞免疫。在HBV核心蛋白的特定位点串联插入水痘-带状疱疹病毒糖蛋白E、EV-A71-VP1、EV-A71-VP2的表位序列,重组表达后可组装为VLP并在颗粒表面展示上述3种表位,用该重组VLP疫苗免疫6~8周龄BALB/c小鼠(0、2、4周3次免疫,100 μg/剂)获得的免疫血清,可以同时中和水痘-带状疱疹病毒和EV-A71,并对CV-A16有交叉中和活性。

3.4

重组病毒载体疫苗

重组病毒载体疫苗以复制缺陷病毒的骨架作为载体,将目标抗原的基因重组到载体病毒上,免疫后能在体内表达目的抗原,并诱导产生强烈的细胞免疫和体液免疫。通过将EV-A71抗原基因插入删除早期基因E1/E3的腺病毒基因组获得了Ad-EV VLP重组腺病毒,免疫BALB/c小鼠(0、2周2次免疫,108 PFU/剂)后能够诱导产生特异性中和抗体,并能诱导Th1/Th2和IL-17为主的细胞免疫。该疫苗免疫1日龄hSCARB2-Tg小鼠(0、1周2次免疫,3×106 PFU/剂),在小鼠出生14 d后以3×106 PFU EV-A71 5746株攻毒,75%小鼠存活,而疫苗剂量提升10倍则保护效力可达到100%。以减毒水疱性口炎病毒为骨架,在G-L基因接头位置插入EV-A71抗原基因获得的EV-A71重组水疱性口炎病毒疫苗能够成功诱导BALB/c小鼠产生体液免疫,IgG抗体水平为107,中和抗体效价为256,并能够诱导产生Th1/Th2免疫。对接种107 PFU该疫苗的BALB/c母鼠所生乳鼠以106 PFU EV-A71攻毒,保护效力达到100%。

3.5

重组亚单位疫苗

重组亚单位疫苗是选择病原体上能够特异性引起免疫应答的抗原蛋白(多肽或局部抗原)、通过合成或重组表达的方式大量制备而成的疫苗。基于EV-A71 SP70、SP55和SP28表位的单价多肽疫苗和EV-A71/CV-A16二价多肽疫苗虽然能够成功诱导小鼠产生特异性的体液免疫应答,但其中和抗体效价仍低于VLP疫苗和灭活疫苗。将多肽制备成纳米颗粒,结合应用免疫信息学算法,研究者选择EV-A71、CV-A6、CV-A10、CV-A16和CV-B3的23个B细胞表位、15个CTL表位和13个Th表位,经3D建模和结构优化得到了多价HFMD亚单位疫苗的人工抗原。虽然该疫苗尚未开展动物实验或临床试验,但完全在计算机系统上设计、构建、优化到克隆、表达、评价免疫原性的方式,为亚单位疫苗设计提供了全新的思路。

4

展望

HFMD的暴发与流行已成为全球性的公共卫生问题。随着各血清型肠道病毒的持续流行和现有EV-A71疫苗的应用,近年来HFMD病原谱较10年前已发生了较大变化,需继续保持对HFMD致病原的监测,特别要加强针对非EV-A71非CV-A16肠道病毒的监测和统计,以便及时掌握HFMD的最新流行趋势。同时,应结合HFMD流行现状,加快开发针对优势肠道病毒流行毒株感染的新型疫苗及多联多价疫苗,促进HFMD疫情防控,降低疾病负担。目前HFMD疫苗研发面临的主要挑战有以下几点:(1)动物感染模型。目前建立的动物感染模型多采用低龄乳鼠,优点为对病毒易感,缺点为动物体型小不易操作,并且仅能采用抗血清或母传抗体等方式间接评价疫苗的保护效果,局限性较大。(2)毒株交叉保护。作为疫苗候选株的肠道病毒毒株,需同时具备强免疫原性和广泛交叉保护效果,对疫苗候选株的筛选提出了较高要求。(3)体内效力评价体系。已上市的EV-A71灭活疫苗采用成年BALB/c小鼠模型,由于该模型不完全适用于其他肠道病毒体内效力评价,型间差异较大,因此建立针对不同肠道病毒免疫原性动物模型为多价疫苗研发的一大难点。

作者

徐颖之 刘银龙 郭林 肖海峰综述 李国顺 顾美蓉审校

北京民海生物科技有限公司,结合疫苗新技术研究北京市重点实验室,北京 102600

引用本文:徐颖之, 刘银龙, 郭林, 等. 近10年国内外手足口病病原流行趋势及疫苗研究现状 [J]. 国际生物制品学杂志, 2025, 48(3): 211-218.

DOI: 10.3760/cma.j.cn311962-20241011-00064

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撰写| 国际生物制品学杂志

校稿| Gddra编审| Hide / Blue sea

编辑 设计| Alice